WO2015156584A1

WO2015156584A1 - 폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제

Info

Publication number: WO2015156584A1
Application number: PCT/KR2015/003479
Authority: WO
Inventors: 이진석
Original assignee: 이진석
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-10-15
Also published as: CN104774672A; KR101415454B1; CN104774672B

Abstract

본 발명은 폐기물을 비롯한 화석연료의 연소효율을 개선시키기 위한 연소촉진제로서 빠른 시간 내에 완전 연소를 유도하고 연소 배가스의 농도 감소 및 제산 능력 향상과 함께 연소로 내의 클링커 성장을 억제하고 연소로 운영의 편의성을 획기적으로 개선할 수 있는 폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제에 관한 것으로, NaOH 및 KOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용해제 18~30 중량%와, 산소공급제인 H₂O₂ 8~18 중량%와, borax(Na₂B₄O₇⋅10H₂O), boracalcite(CaB₄O₇⋅4H₂O), colemanite(Ca₃B₆O₁₀⋅5H₂O) 및 Na₃BO₃ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 클링커 억제제 12~22 중량%와, Na₂O⋅SiO₂, SiO, SiO₂ 및 NaSiO₄ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 안정제 9~19 중량%와, 물 22~40 중량%가 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

【명세서】

【발명의 명칭]

폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제

【기술분야】

본 발명은 폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제에 관한 것으로， 보다 상세 하게는 폐기물을 비롯한 화석연료의 연소효율을 개선시키기 위한 연소촉진제로서 빠른 시간 내에 완전 연소를 유도하고 연소 배가스의 농도 감소 및 제산 능력 향상 과 함께 —연소로 내의 클링커 성장을 억제하고 연소로 운영의 편의성을 획기적으로 개선할 수 있는 폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제에 관한 것이다.

【배경기술】

폐기물을 연소하는 연소로에서 연소 효율을 향상시키기 위한 다양한 수단들 이 연구되어 왔다. 이러한 다양한 수단들 중 촉매 작용을 통해 연소로 내의 완전연 소를 촉진하는 연소 촉진제가 그 대표적인 예가 될 것이다.

완전 연소가 되기 위해서는 3T 즉， 충분한 온도 (Temperature)와 연소 시간 (Time) , 흔합 또는 난류도 (Tubulence)를 만족시켜야 한다. 그러나 실제 소각로는 폐기물의 종류와 함수율 및 상태에 따라 필요한 연소 시간이 각각 다르며， 설비의 형상 및 운전 방법과 클링커 (Cl inker)의 형성으로 인하여 연소로 내의 난류도의 크 기가 달라 대부분의 소각로에서의 완전 연소가 매우 어려운 실정이다.

실제 충분한 온도와 연소시간은 소각로를 운전할 때 인위적으로 조절이 가능 한 변수이나 흔합의 정도는 시설의 설비요소로서 플랜트 설계 및 시공에 의해 좌우 되기 때문에 운영할 때는 거의 증감이 불가능한 요소이다. 따라서 현장에서 완전 연소 효율을 개선하기 위해서는 연소 시간과 연소 온도를 적절히 제어하는 방법을 모색하여 적용하는 것이 유일한 방법이었다. .

연소 시간과 연소 온도를 적절히 제어하기 위해서는 소각로의 전문적인 지식 과 반입되는 폐기물 및 화석연료의 특성， 그리고 현장 시스템에 대한 충분한 노하 우 (Know— How)가 축적되어야 하나， 대부분의 운영 현장은 이러한 요소가 부재한 채 로 경험에만 전적으로 의존하여 운영하고 있다. 이로 인하여 대부분의 현장은 연소 실 및 보일러의 연속 가동 일수가 20일을 넘기지 못하고 있으며， 클링커가 성장하 여 가동을 멈춘 후 재정비를 해야만 했다. 또한 소각량을 증가시킬 경우 배가스의 발생이 촉진되어 후단 배가스 처리설비의 운영에 부담을 더욱 가중시키게 된다.

【발명의 상세한 설명】

[가술적 과제]

현재 개발되어 있는 연소 촉진제로는 자동차 연료 첨가제 및 석탄용 연소촉 진제 등 몇몇 제품들이 있다. 이들 기술들은 모두 연소효율을 개선시키기 위한 촉 매 기술로서 무기 및 유기 화합물을 적절히 흔합한 제품으로 대부분이 연소효율을 향상시키기 위한 기술， 클링커 (Cl inker ) 성장의 억제를 위한 기술, 배가스 제어를 위한 기술 등에 초점을 맞추어 각기 사용목적에 맞추어 독창적인 특징을 보유하고 있다.

그러나 위에서 언급한 연소 촉진제의 사용 목적들을 한번에 해결할 수 있는 기술은 전무한 상태이다. 한 가지 사용목적에 대한 단일 기술은 접근방법에 따라 다양한 기술이 개발될 수 있으나， 위에서 언급한 연소 촉진제의 사용 목적들을 한 번에 해결할 수 있는 연소첨가제의 개발기술은 매우 제한적이다.

본 발명의 목적은 폐기물을 비롯한 화석연료의 연소효율을 개선시키기 위한 연소촉진제로서 빠른 시간 내에 완전 연소를 유도하고 연소 배가스의 농도 감소 및 제산 능력 향상과 함께 연소로 내의 클링커 성장을 억제하고 연소로 운영의 편의성 을 획기적으로 개선할 수 있는 폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제를 제공하는 것이다. 【기술적 해결방법】

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로， NaOH 및 K0H로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용해제 18~30 중량 %와， 산소공급제인 ¾0₂ 8-18 중 량%와， borax(Na2B₄(V10H₂0) , boracal ci te(CaB₄0₇-4H₂0) , colemani te(Ca₃B₆0₁₀.5 0) 및 Na₃B0₃ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 클링커 ^'억제제 12~22 중량 %와， Na₂0-Si0₂,, SiO, Si0₂ 및 NaSi0₄로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 안정제 9-19 중량 %와， 물 22~40 중량 %가 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉 진제를 제공한다.

바람직하게는, 상기 용해제가 61~71 중량 %의 NaOH 와 29~39 중량 %의 K0H로 구성되고， 상기 클링커 억제게가 59~69 중량 ¾의 Na₂B₄0₇.10H₂0 와 31~41 중량 %의 Na₃B0₃로 구성되며, 상기 안정제가 57~67 중량 >의 Na₂0.Si0₂ 와 33~43 증량 %의 SiO로 구성되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는， 제 1 촉진제로 NaC0₃ 가 상기 연소 촉진제의 전체 증량 대비 2-8 중량 ¾> 함유되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는， 상기 용해제가 61-71 중량 %의 NaOH 와 29~39 중량 %의 K0H로 구성되고， 상기 클링커 억제제가 59~69 중량 %의 Na₂B₄0₇ 0H₂0 와_. 31~41 중량 %의 Ν Β0₃로 구성되며， 상기 안정제가 57-67 중량 %의 Na₂0-Si0₂ 와 33~43 중량 %의 NaSi0₄ 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는， 79-89 중량 %의 NaC0₃ 와 11~21 중량 %의 LiC0₃ 로 이루어진 제 1 촉진제가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 3.5~9.5 중량 % 함유되는 것을 특징 으로 한다.

바람직하게는， 안정 강화제로 Sn0₂ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 5~11 중량 % 함유되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는， 상기 용해제가 61~71 중량 %의 NaOH 와 29~39 증량 %의 K0H로 구성되고, 상기 클링커 억제제가 39~49 증량 %의 Na₂B₄0₇ 0H₂0 와 51~61 중량 %의 CaB₄0₇4H₂0 로 구성되며， 상기 안정제가 49-59 중량 %의 Na₂0-Si0₂ 와 41-51 중량 %의 NaSi0₄로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 79~89 중량 %의 NaC0₃ 와 11~21 중량 >의 BaC0₃ 로 이루어진 제 1 촉진제가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 3.5~9.5 중량 % 함유되는 것을 특징 으로 한다.

바람직하게는， 안정 강화제로 Sn0₂ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 5-11 중량 % 함유되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는， 상기 용해제는 NaOH 이며， 상기 클링커 억제제가 39-49 중량 % 의 Na₂B₄0₇ 0H₂0 와 51-61 중량 %의 CaB₄0₇4H₂0 로 구성되며， 상기 안정제가 49-59 중 량%의 Na₂OSi0₂ 와 41~51 중량 >의 Si0₂로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는， 79~89 중량 %의 NaC0₃ 와 11~21 중량 %의 BaC0₃ 로 이루어진 제 1 촉진제가 상기 연소 촉진제의 전체 증량 대비 3.5~9.5 증량 % 함유되고， 안정 강 화제로 Sn0₂ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 5~11 중량 % 함유되는 것을 특징 으로 한다.

바람직하게는， 제 2 촉진제로 KN0₃ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 0. 1-3 증량 % 함유되는 것을 특징으로 한다.

【유리한 효과】

본 발명에 따르면, 폐기물을 비롯한 화석연료의 연소효율을 개선시키기 위한 연소촉진제로서 빠른 시간 내에 완전 연소를 유도하고 연소 배가스의 농도 감소 및 제산 능력 향상과 함께 연소로 내의 클링커 성장을 억제하고 연소로 운영의 편의성 을 획기적으로 개선할 수 있게 되는 효과가 있다.

특히 완전 연소를 촉진하여 연료 자체의 발열량을 100% 발현함으로서 연소로 내의 연소온도를 높이고, 아울러 연소반웅이 신속하게 이루어지도록 촉매를 이용하 여 반응속도를 단축시켜 연소시간의 제어를 가능케하는 효과가 있다. 또한 연소실 내의 클링커를 비롯한 수관 보일러 내 스케일의 생성을 억제하는 효과가 복합적으 로 이루어진다. 즉 본 발명에 따른 연소 촉진제는 폐기물을 비롯한 화석연료의 연 소시 발생되는 오염물질의 원천적인 저감과 클링커의 성장을 억제할 뿐만 아니라 클링커의 생성강도를 약하게 하여 정비시간을 단축시키고 완전 연소를 통해 발열량 을 극대화시킬 수 있는 다기능성 연소촉진제이다.

또한 클링커를 제거하고 재성장을 억제함으로써 전체적인 유지보수 비용을 절감시킬 수 있게 된다.

【도면의 간단한 설명】

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 연소촉진제를 적용한 실시예 1에 따른 다 양한 적용효과를 설명하기 위한 도면 .

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 연소촉진제를 적용한 실시예 2에 따른 다 양한 적용효과를 설명하기 위한 도면 .

도 9 내지 도 15는 본 발명에 따른 연소촉진제를 적용한 실시예 3에 따른 다 양한 적용효과를 설명하기 위한 도면 .

도 16 내지 도 18은 본 발명에 따른 연소촉진제를 적용한 실시예 4에 따른 다양한 적용효과를 설명하기 위한 도면 .

【발명와 실시를 위한 최선의 형태】

이하， 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 폐기물을 비롯한 화석연료의 연소속도 및 연소온도를 증가시켜 연 소효율를 향상시키고， 클링커 및 스케일의 탈착이 용이하도록 하며， 연소 배가스를 제어할 수 있도록 한 폐기물 및 화석연료에 대한 연소촉진제 및 그 제조 방법에 관 한 것이다. 특히 본 발명은 연소 촉진제로서 완전연소를 촉진하도록 활성화 에너지를 낮 추고 산소 공급을 극대화시키게 된다.

폐기물 및 화석연료가 빨리 연소되도록 하기 위해서는 산소와 빨리 결합할 수 있도록 반웅속도를 높여야 한다. 연료의 연소반웅은 일반적으로 아래의 화학식 1과 같이 표현될 수 있다.

【화학식 1】

a 연료] + 6 [⁽¾] → c [C0] + ( [J¾( ] + 또한 연료의 반응속도는 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.

【수학식 1】

수학식 1에서 V는 반응속도이고， k는 속도 상수이고 a와 b는 각 화합물의 몰수이며, m과 n은 반응차수이다.

연소 반응속도를 나타낸 수학식 1에서 알 수 있듯이 반응속도 (V)는 산소 (0₂) 의 농도에 비례하기 때문에 산소의 농도를 증가시켜주게 되면 연소속도 또한 증가 하게 된다. 연소실 내에 산소농도를 증가시키기 위해서는 송풍량을 증가시켜야 하 나 송풍량을 증가시킬 경우 연소실 내 연료의 체류시간이 짧아져 층분한 연소가 되 지 못하고 오히려 강열감량이 증가하는 경우가 발생하기도 한다. _o

o 따라서 본 발명에서는 연소 촉진제로서, NaOH 및 K0H로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용해제와， ¾0₂ 로 이루어진 산소공급제와， borax(Na₂B₄0₇- IOH2O) , boracalci te(CaB₄07-4H₂0) , colemani te(Ca₃B₆0i(r5H₂0) 및 Ν Β( 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 클링커 억제제와， Na₂OSi0₂ , SiO, Si0₂ 및 NaSi0₄ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 안정제와, 물이 함유되어 이루어진 다. 또한 이 같은 연소 촉진제에 NaC0₃ , CaC0_{3 )} BaC0₃ 및 LiC0₃ 로 이루어진 군으로 부터 선택되는 1종 이상의 제 1 촉진제가 포함될 수 있다. 또한 안정 강화제로 Sn0₂ 가 포함될 수 있다. 또한 제 2 촉진제로 KN0₃ 가 포함될 수 있다.

본 발명에서는 다양한 종류의 산소화합물을 첨가하여 자체적으로 산소가 층 분히 공급되도록 한다. ^'

상기 산소 공급제는 산소를 발생시키는 기능을 수행하며, 과산화수소 ( 0₂)가 주된 산소 공급제로 사용된다. 이외에도 기타 첨가되는 다른 산화물이 고온의 조건 에서 분해되어 산소를 발생시키게 된다. 완전 연소를 촉진시키기 위한 방안으로 연 소 반응이 원활하게 일어나도록 산소수를 다량 함유하고 있는 물질을 일정량 첨가 하여 완전연소 반응을 유도하게 된다. 산소를 다량 함유하고 있는 물질로 본 발명 에서는 물과 과산화수소가 사용되며 특히 과산화수소는 수중에서 발생기 산소를 방 출하여 신속하게 반응하려는 성질을 가지고 있다. 이러한 물질을 희석하여 고체 폐 기물에 분사한 후 연소실에 연료로 공급할 경우 발생기 산소와 촉매반응으로 활성 화에너지가 감소하여 신속하게 연소되는 효과를 나타낸다.

또한 연소실이나 보일러실에서 형성되는 클링커를 억제시키기 위해 침입형 원소인 붕소화합물을 사용하였으며， 붕소가 클링커의 표면에 칩입하게 되고 ， 침입 된 경로를 따라 고온의 열과 앞서 언급한 촉매제가 지속적으로 작용하여 클링커의 강도를 약하게 만들어 쉽게 탈리되도록 한다 . 클링커의 탈리에 사용하는 붕소화합 물은 여러 가지 붕소화합물이 사용될 수 있으나， 용해시켜 연료와 함게 투입하기 위해서는 용해도가 높은 Na₂B₄0₇.10H₂0(borax)， CaB₄0₇4¾0(boracalci te)， Ca₃B₆Oio- 5H₂0(colemanite), Na₃B0₃ 가 단일 또는 흔합되는 방식으로 선택적으로 클링커 억제 제로서 사용될 수 있다.

붕소를 앞서 언급한 물질들에 함께 흔합시켜 서로 공존할 수 있도록 하기 위 해 안정제로서 Na₂OSi0₂, SiO, Si0₂ 또는 NaSi0₄ 를 단일 또는 흔합되는 방식으로 선 택적으로 첨가하여 안정한 상태로 유지하도록 한다. 이 같은 안정제는 붕소와 과산 화수소의 흔합 상태를 안정시키게 되며, 산소를 공급할 수 있다.

또한 안정 강화제로서 Sn0₂를 함께 사용할 수 있다. 이 같은 안정 강화제는 과산화수소를 안정시키게 된다.

또한 신속하게 반응이 이루어질 수 있도록， 연소 반웅에 필요한 활성화에너 지를 낮춰즐 수 있는 촉매제를 첨가한다. 여기에서 활성화 에너지는 폐기물이 연소 를 시작하는데 필요한 에너지원을 의미하며 , 활성화 에너지가 낮으면 낮을수록 쉽 게 연소될 수 있고 이를 위해 촉매를 첨가하여 활성화 에너지를 낮추게 된다. 사용 되는 첨가물질은 연소 반응의 촉진을 위한 제 1 촉진제로서 NaC0₃, CaC0₃, BaC0₃, LiC0₃ 등이 단일 또는 흔합되는 방식으로 선택적으로 사용될 수 있으며， 연소 반응 의 촉진을 위한 제 2 촉진제로서 KN0₃ 가사용될 수 있다.

첨가되는 각 화합물의 연소로 내에서 작용 역할은 다음과 같다.

붕소화합물인 클링커 억제제는 용해도가 빠르지 않아 수중에서 잘 녹지 않지 만， 알칼리성 상태에서는 비교적 잘 용해되기 때문에 가성소다 (NaOH)나 수산화칼륨 (K0H)을 용해제로서 먼저 수중에 투입하여 용해시킨다. 가성소다 (NaOH)나 수산화칼 륨 (K0H)은 각각 독립적으로 사용할 수도 있고， 필요에 따라서는 흔합하여 제조가능 하다. 또한 용해제는 강알칼리성이기에 이온화도가 높아 빠른 시간 내에 용해되며， 물과 반응하여 매우 높은 열을 발생시킨다.

이때 붕소화합물을 첨가하게 되면 빠른 시간 내에 붕소화합물이 용해되어 제 조시간을 단축시킬 수 있다. 아래 화학식 2는 대표적인 붕소화합물인 붕사의 이온 화 반웅을.제시한 것이다.

【화학식 2]

Να Β - + 1H.0 → 2NcT + '20ΒΓ + 3ΙΓ + ΒΟ ³ 강알칼리성 물질이 물과 반응하여 발생된 열에 의해 붕소화합물이 용해된 뒤， 은도가 떨어져 다시 석출되지 않도록 하기 위해 Na₂OSi0₂ , SiO , Si0₂ 또는 NaSi0₄ 를 첨가하여 물질의 구조를 안정화시킨다. 규소가 붕소와 유사한 전자구조를 갖고 있어 붕소가 산소와 결합되어 있는 사이에 규소가 들어가 결합을 안정하도록 유지시켜줄 것이다. 따라서 규소와 붕소의 화합물이 생성되어 연소로 내벽 및 튜브 에 유리질 형태로 피복되며 스케일이나 클링커의 형성을 억제하고 부식을 방지할 수 있게 된다.

붕소화합물을 완전히 용해시키고 실온으로 넁각시킨 .뒤， 과산화수소를 안정 제와 함께 서서히 흔합할 수 있다. 과산화수소는 알칼리성 상태에서 쉽게 분해되어 물과 산소를 발생시키기 때문에 안정 강화제인 Sn0₂를 첨가제로 하여 과산화수소와 함께 사용함으로써 과산화수소를 안정화시켜야 한다. 아래 화학식 3은 안정 강화제 인 Sn0₂가 가성소다 (NaOH)와 반웅하여 주석산 나트륨 (Sodium Stannate)이 생성되는 반웅이다.

[화학식 3】

Sn 0₂ + 2 NaOH + 2 H₂0 → Na₂[_.Sn(OH)₆] 화학식 3에 나타난 바와 같이 0H기와 약한 결합을 형성하기 때문에 과산화수 소를 안정화시킬 수 있게 된다.

제 1 촉진제로서 NaC0₃ , CaC0_{3 l} BaC0₃ 또는 LiC0₃ 선택적으로 사용될 수 있으 며， 제 2 촉진제로서 KN0₃ 가 선택적으로 사용될 수 있다. 활성화 에너지를 낮추어 연소반웅이 원활하게 일어나도록 하기 위해 알칼리 금속을 일정량 첨가하여 신속하 게 반응이 일어나도록 유도하게 된다. 첨가되는 알칼리 금속은 나트륨과 칼륨 등이 며 이들 물질은 다른 화학 반웅을 촉진시키게 된다. 이들 물질은 착화 온도를 낮춰 주고 신속하게 연소되도록 유도하기 때문에 단위 처리용량을 증가시키며 이로 인하 여 연소실의 온도 또한 증가시켜 줄 것이다. 이 제 1 촉진제와 제 2 촉진제는 전체 중량대비 각각 10% 이하로 첨가되어 연소를 더욱 촉진하도록 한다.

위와 같이 제조된 연소촉진제에서 제 1 촉진제로서 NaC0₃을 선택하여 첨가함 으로써 산소공급을 더욱 원활하게 만들 수 있으며， 연소 물질 내에 함유된 염소의 제어에 큰 역할을 담당한다. 이와 관련된 반웅식은 아래 화학식 4에 나타내었다. 【화학식 4】 4NcT + 2 CO^^~ + 20₂→4Λ¾0 + 2 C0₂ + (¾†

실시예 1

한국의 경기도 안산시에 위치한 라이너 제지회사의 소각로에서 본 발명에 따 른 연소 촉진제를 적용하였다.

해당 소각로는 스토커 타입의 소각로이며， 처리용량은 100톤 /일 이다. 연료 성상은 폐합성수지 및 외부반입폐기물이 6 대 4이다.

실시예 1에서는 다양한 연소 촉진제의 조성을 시도한 바 다음과같은 조성을 통해 스팀 생산량， TMS 배출농도， 바닥재 및 비산재 발생량, 클^'링커 변화， 수관 스 케일 등의 면에서 가장 큰 효과를 거둘 수 있었다.

최종적으로 실시예 1에서는 용해제로서 약 100~150kg의 NaOH 와 약 50~80kg 의 K0H 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 약 80~120kg의 ¾0₂ 를 사용하였다. 또 한 클링커 억제제로서 약 60~100kg의 borax(Na₂B₄0₇40H₂0)와 약 30~60kg의 Na₃B0₃ 를 사용하였다. 또한 안정제로서 약 50~80kg의 Na₂OSi0₂ 와 약 30~50kg의 SiO 를 사용 하였다. 또한 제 1 촉진제로서 약 30~50kg의 NaC0₃ 를 사용하였다. 또한 물은 약 100~300kg이 사용되었다. 이들을 흔합하여 단위 연소 촉진제를 제조하였다. 이 연 소 촉진제는 대량의 분사용 물과 함께 분사 방식으로 공급될 수 있다.

아래 설명하는 테스트 결과에 사용된 연소 촉진제는 용해제로서 125kg의 NaOH 와 약 75kg의 K0H 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 100kg의 ¾0₂ 를 사용 하였다. 또한 클링커 억제제로서 80kg의 borax(Na₂B₄0₇.10H₂0)와 45kg의 Na₃B0₃ 를 사 용하였다. 또한 안정제로서 75kg의 Na₂0.Si0₂ 와 40kg의 SiO 를 사용하였다. 또한 제 1 촉진제로서 40kg의 NaC0₃ 를 사용하였다. 또한 물은 200kg이 사용되었다.

도 1 내지 도 5에는 실시예 1에 따른 다양한 적용효과가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면 스팀 생산량에서 연속 가동시간이 3.5% 증가하고， 총 스팀 생산량이 10.3% 증가하였으며， 시간당 스팀생산량이 7. 1% 증가하였음을 확인할 수 있다. 도 1에서 시간당 스팀 생산량 (C)는 총 스팀 생산량 (b)/총 가동시간 (a)이다. 즉 시간 당 스팀 발생량이 2.8톤 이상 증가하였으며， 스팀 단가를 통당 35 , 000원으 로 가정하여 환산 적용할 경우 1일 약 2， 377 , 200원의 수익이 증가하게 되는 것이 다.

도 2를 참조하여 TMS 배출농도를 살펴보면 연소로 온도가 44.5^°C 상승하여 보일러 증기 발생량이 증가하였으며， 미세먼지 (TSP)와 CO 농도 그리고 HCI 농도가 감소했음을 확인할 수 있다. 또한 SOx 농도는 5.5%의 근소한 감소가 이루어졌으몌 NOx 농도는 2.43 ppm 증가하여 노 온도 증가에 따른 Thermal NOx가 증가하였음을 확인할 수 있다.

도 3을 참조하면 바닥재 및 비산재 발생량에서 바닥재 발생량이 4.6% 증가하 고 스팀 1톤당 바닥재 발생량이 6.2% 감소하였으며， 비산재 발생량이 14% 감소하고 스팀 1톤당 비산재 발생량이 22.9% 감소하였음을 확인할 수 있다. 도 3에서 스팀 1톤 당 바닥재 발생량은 총 바닥재발생량 /총 스팀발생량이고， 스팀 1톤당 비산재 발생량 은 총 비산재발생량 /총 스팀발생량이다. 여기에서 사용 후의 바닥재 발생량 증가는 사용전 대비 전체 소각량의 증가에 의한 것이다.

도 4를 참조하면 클링커의 변화가 사용전， 사용 1주일 후， 사용 3개월 후로 도시되어 있다. 이러한 변화는 클링커가 다공질화되어 쉽게 부서지게 되어 탈락이 용이해지며 자연탈락해 낙하하기도 하며 클링커의 결합력이 약해져 강도 또한 약해 지기 때문이다.

도 5를 참조하면 수관 스케일의 변화가 사용전과 사용 4주후로 도시되어 있 다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이 보일러 내부의 슬러그 등이 제거됨을 확인 할 수 있다. 실시예 2

한국의 경상남도 창원시 국가산업단지 내에 위치한 산업폐기물 소각장에서 본 발명에 따른 연소 촉진제를 적용하였다.

해당 소각장의 소각로는 스토커 타입의 소각로이며， 처리용량은 100톤 /일 이 다. 연료 성상은 산업폐기물 및 건설폐기물이다.

실시예 2에서는 다양한 연소 촉진제의 조성올 시도한 바 다음과 같은 조성을 통해 TMS 배출농도 및 클링커 변화 등의 면에서 가장 큰 효과를 거둘 수 있었다. 최종적으로 실시예 2에서는 용해제로서 약 100~150kg의 NaOH 와 약 50~80kg 의 K0H 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 약 80~120kg의 ¾¾ 를 사용하였다. 또 한 클링커 억제제로서 약 60~100kg의 borax(Na₂B₄0₇ 0H₂0)와 약 30~60kg의 Na₃B0₃ 를 사용하였다. 또한 안정제로서 약 50~80kg의 Na₂OSi02 와 약 30~50kg의 NaSi0₄ 를 사 용하였다. 또한 제 1 촉진제로서 약 30~50kg의 NaC0₃ 와 5~10kg의 LiC0₃ 를 사용하 였다ᅳ 또한 안정강화제로서 약 40~80kg의 Sn0₂ 를 사용하였다. 또한 물은 약 100~300kg이 사용되었다. 이들을 흔합하여 단위 연소 촉진제를 제조하였다. 이 연 소 촉진제는 대량의 분사용 물과 함께 분사 방식으로 공급될 수 있다. 아래 설명하는 테스트 결과에 사용된 연소 촉진제는 용해제로서 125kg의 NaOH 와 65kg의 K0H 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 100kg의 ¾¾ 를 사용하였 다. 또한 클링커 억제제로서 80kg의 borax(Na₂B₄0₇40H₂0)와 45kg의 Na₃B0₃ 를 사용하 였다ᅳ 또한 안정제로서 65kg의 Na₂OSi0₂ 와 40kg의 NaSi0₄ 를 사용하였다. 또한 제 1 촉진제로서 40kg의 NaC0₃ 와 7.5kg의 LiC0₃ 를 사용하였다. 또한 안정강화제로서 60kg의 Sn0₂ 를 사용하였다. 또한 물은 약 200kg이 사용되었다.

도 6 내지 도 8에는 실시예 2에 따른 다양한 적용효과가 도시되어 있다. 도 6을 참조하여 TMS 배출농도를 살펴보면 연소로 온도가 4.4^°C 상승하였으 며， 총부유물질 (TSP) , CO, SOx , NOx의 농도가 감소했음을 확인할 수 있다. HCI 농 도는 0.7ppm 증가하였음을 확인할 수 있다. 송풍량 (47.7%)의 증가에도 불구하고 산 소농도는 0.7% 감소하여 연소효율이 향상되었음을 확인할 수 있다. NOx 농도 6.0ρρι( 13.5%)이 감소하였으며 이는 노은도 유지로 NOx 발생량이 감소한 것이다. 도 7올 참조하면 화실 내 클링커의 변화와 2차 연소실 내 클링커의 변화가 사용전과 사용후로 나누어 도시되어 있다. 이러한 변화는 ^'클링쩌가 다공질화되어 쉽게 부서지게 되어 탈락이 용이해지며 자연탈락해 낙하하기도 하며 클링커의 결합 력이 약해져 강도 또한 약해지기 때문이다.

도 8를 참조하면 수관 스케일의 변화가 사용전과 사용후로 도시되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이 보일러 내부의 슬래그 등이 제거됨을 확인할 수 있다. 실시예 3

한국의 경기도에 위치한 하수슬러지 소각장에서 본 발명에 따른 연소 촉진제 를 적용하였다.

해당 소각장의 소각로는 유동층 타입의 소각로이며， 처리용량은 130톤 /일 (소 각처리량) 이다. 연료 성상은 하수슬러지 ( 100%)이다.

실시예 3이 적용된 공공하수처리시설 내 슬러지 소각 시설은 고질적인 문제 인 공기 예열기 스케일 생성에 따른 시설의 가동율 저하 및 대기 오염물질의 불안 정한 배출상태가 발생하고 있었다. 즉 소각로 내 불완전 연소에 따른 미연분 발생 에 의해 후단 설비인 공기예열기의 튜브에 스케일이 고착화되는 문제가 있었다. 공 기예열기 튜브에 스케일이 형성되는 것은 소각 중 발생한 비산재 ( f ly ash) 및 미연 분에 의해 튜브 내 스케일이 생성된 것으로 판단된다. 류브 내 스케일 생성으로 인 해 열교환 및 연소가스 이동면적 발생으로 공정 내 차압이 증가하고 유동공기의 열 교환 효율이 저하되는 문제도 발생하고 있었다. 이는 결국 연소 가스 이송 불량에 따른 소각량 감소로 이어지고 차압불량 발생에 따른 소각로, 압력 불안정으로 대기 오염 물질의 발생량을 증가시키고 배출농도의 불안정을 초래하고 있다.

여기에서 공기예열기는 소각로와 폐열보일러 사이에 설치된 설비로 류브의 막힘현상이 발생함에 의해 공정 중 차압상승이 발생되어 연소가스의 이송불량 및 소각로의 연소 불균형 등의 문제를 야기하여 대기오염물질의 발생량이 증가되고 그 변화폭이 급격하여 정상적인 가동이 힘든 실정이다. 기본적으로 해당 하수슬러지 시설은 질소의 함유량이 많은 슬러지로 소각시 다량의 질소산화물이 생성되는 특징 을 가지고 있으며 이를 억제하기 위해 저산소 운전 조건을 갖추어야 하지만 이러한 운전 조건시에는 불완전 연소발생으로 다량의 일산화탄소가 발생하여 정상적인 가 동이 힘든 실정이다.

실시예 3에서는 다양한 연소 촉진제의 조성올 시도한 바 다음과 같은 조성올 통해 TMS 배출농도， 처리량 및 클링커 변화 등의 면에서 가장 큰 효과를 거둘 수 있었다.

최종적으로 실시예 3에서는 용해제로서 약 100~150kg의 NaOH 와 약 50~80kg 의 K0H 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 약 80~120kg의 ¾0₂ 를 사용하였다. 또 한 클링커 억제제로서 약 40~80kg의 borax(Na2B₄0₇ 0H₂0)와 약 60~90kg의 boracalci te(CaB₄0₇4H₂0)를 사용하였다. 또한 안정제로서 약 50~80kg의 Na₂0-Si0₂ 와 약 50~60kg의 NaSi t 를 사용하였다. 또한 제 1 촉진제로서 약 30~50kg의 NaC0₃ 와 5~10kg의 BaC0₃ 를 사용하였다. 또한 안정강화제로서 약 40~80kg의 Sn0₂ 를 사용하 였다. 또한 물은 약 150~400kg이 사용되었다. 이들을 흔합하여 단위 연소 촉진제를 제조하였다. 이 연소 촉진제는 대량의 분사용 물과 함께 분사 방식으로 공급될 수 있다. - 아래 설명하는 테스트 결과에 사용된 연소 촉진제는 용해제로서 125kg의 NaOH 와 65kg의 K0H 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 100kg의 ¾0₂ 를 사용하였 다. 또한 클링커 억제제로서 60kg의 borax(Na₂B₄0₇ 0H₂0)와 75kg의 boracal c i te(CaB₄(V4H₂0)를 사용하였다. 또한 안정제로서 65kg의 Na₂0-Si0₂ 와 55kg의 NaSi0₄ 를 사용하였다. 또한 제 1 촉진제로서 40kg의 NaC0₃ 와 7.5kg의 BaC0₃ 를 사 용하였다. 또한 안정강화제로서 약 60kg의 Sn0₂ 를 사용하였다. 또한 물은 약 275kg 이 사용되었다. _{l g} 실시예 3에 대하여는 최적 조성물 및 조성비를 확정한 후 2차에 걸쳐 테스트 를 진행하였으며 이하에서는 1차 테스트 결과와 2차 테스트 결과를 나누어 설명하 기로 한다.

도 9 내지 도 11에는 실시예 3의 1차 테스트에 따른 다양한 적용효과가 도시 되어 있다. ^'

도 9 및 도 10을 참조하여 TMS 배출농도를 살펴보면 연소로 온도가 26.CTC 상승하였으며 슬러지 소각처리량이 증가 (10.8%)하였다. 총부유물질 (TSP) , HCI , SOx, NOx의 농도가 감소했음을 확인할 수 있다. CO 농도는 l 7ppm(22.7%) 증가하였 음을 확인할 수 있다. NOx 농도 감소는 노온도의 상승에도 블구하고 송풍량이 감소 하여 농도가 감소된 것이다.

도 11을 참조하면 2차 연소실 내 클링커의 변화가 사용전, 1주일 사용후， 2 주일 사용후， 사용 1개월후로 나누어 도시되어 있다. 이러한 변화는 클링커가 다공 질화되어 쉽게 부서지게 되어 탈락이 용이해지며 자연탈락해 낙하하기도 하며 클링 커의 결합력이 약해져 강도 또한 약해지기 때문이다.

도 12 내지 도 15에는 실시예 3의 2차 테스트에 따른 다양한 적용효과가 도 시되어 있다.

도 12를 참조하면 소각로 출구 덕트에 대하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연소 촉진제의 분사 전후 모습이 비교적으로 도시되어 있다. 연소 촉진제를 분사하 기 전 출구 덕트 (소각로 -덕트 -공기예열기 순)내 비산재 등의 분진이 덕트 내에 누 적되었으나 연소 촉진제의 사용 후 덕트 내 분진 누적이 발견되지 않았다.

도 13을 참조하면 공기예열기 류브에 대하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연소 촉진제의 분사 전후 모습이 비교적으로 도시되어 있다. 도 13의 위 비교 도면 을 참조하면 연소 촉진제의 분사 전에는 공기예열기의 입구 상부에 분진이 누적되 어 튜브의 대부분이 분진에 덮여있었으나 연소 촉진제의 사용 후 공기 예열기 입구 상부에 분진 누적이 발견되지 않았다. 또한 도 13의 아래 비교 도면을 참조하면 공 기 예열기의 튜브 내부 검사결과 연소 촉진제 분사 전 튜브의 중단부 스케일 형성 이 발견되었으나 연소 촉진제 사용 후 튜브 내 스케일 생성이 미미한 것으로 나타 났다.

도 14는 연소 촉진제 분사 전후 일산화탄소꾀 배출량을 비교한 도면이다. 도 시된 바와 같이 일산화탄소 배출 농도 또한 감소 및 안정적인 농도를 유지하였다. 도 15는 연소 촉진제 투입 전후의 일산화탄소 배출농도 (도 15a) , 질소산화물 배출농도 (도 15b) 그리고 소각처리량 (도 15c)을 비교한 도면이다. 도 15a에 나타난 바와 같이 연소 촉진제 사용전과 비교하여 일산화탄소 배출농도가 저감되었음을 확 인할 수 있으며 또한 배출농도가 일정한 상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 도 15b에 나타난 바와 같이 연소 촉진제 사용전과 비교하여 질소산화물 배출농도가 소폭 저감되었음을 확인할 수 있으며 또한 배출농도가 안정.한 추세를 보이고 있음 을 확인할 수 있다. 도 15c에 나타난 바와 같이 연소 촉진제 사용전과 비교하여 슬 러지 소각량이 증가되었음을 확인할 수 있다. 이는 공정의 안정화에 따른 소각처리 량의 증가효과를 입증하는 것이라 판단된다. 실시예 4

한국의 인천광역시 서구에 위치한 폐목재 제조회사 소각장에서 본 발명에 따 른 연소 촉진제를 적용하였다ᅳ

해당 소각장의 소각로는 스토커 타입의 소각로이며， 처리용량은 120톤 /일 이 다. 연료 성상은 폐목재， 도장제가 부착된 폐마루재 등이다.

실시예 4에서는 다양한 연소 촉진제의 조성을 시도한 바 다음과 같은 조성을 통해 TMS 배출농도 및 클링커 변화 등의 면에서 가장 큰 효과를 거둘 수 있었다. 최종적으로 실시예 4에서는 용해제로서 약 100~150kg의 NaOH 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 약 80~120kg의 ¾0₂ 를 사용하였다. 또한 클링커 억제제로서 약 60~80kg의 borax(Na2B₄0₇40H20)와 약 60~70kg의 boracalci te(CaB₄0₇4¾0) 를 사용 하였다. 또한 안정제로서 약 50~80kg의' Na₂0-Si0₂ 와 약 50~60kg의 Si02 를 사용하였 다. 또한 제 1 촉진제로서 약 30~50kg의 NaC0₃ 와 5~10kg의 BaC0₃ 를 사용하였다. 또한 안정강화제로서 약 40~80kg의 Sn0₂ 를 사용하였다. 또한 제 2 촉진제로서 약 5~10kg의 KN0₃ 를 사용하였다. 또한 물은 약 100~300kg이 사용되었다. 이들을 흔합 하여 단위 연소 촉진제를 제조하였다. 이 연소 촉진제는 대량의 분사용 물과 함께 분사 방식으로 공급될 수 있다.

아래 설명하는 테스트 결과에 사용된 연소 촉진제는 용해제로서 125kg의 NaOH 를 사용하였다. 또한 산소공급제로서 100kg의 H₂0₂ 를 사용하였다. 또한 클링 커 억제제로서 70kg의 borax(Na2B₄0₇ 0H₂0)와 65kg의 boracal ci te(CaB₄(V4H₂0) 를 사 용하였다. 또한 안정제로서 65kg의 Na₂0.Si0₂ 와 55kg의 Si0₂ 를 사용하였다. 또한 제 1 촉진제로서 40kg의 NaC0₃ 와 7.5kg의 BaC0₃ 를 사용하였다. 또한 안정강화제로 서 60kg의 Sn0₂ 를 사용하였다. 또한 제 2 촉진제로서 7.5kg의 KN0₃ 를 사용하였다. 또한 물은 200kg이 사용되었다. 도 16 내지 도 18에는 실시예 4에 따른 다양한 적용효과가 도시되어 있다. 도 16을 참조하여 TMS 배출농도를 살펴보면 연소로 온도가 34.2 ^°C 상승하였 으며， 총부유물질 (TSP) , SOx의 농도가 감소했음을 확인할 수 있다. CO 농도는 1 .6ppm(-1 .7 ) 감소하였음을 확인할 수 있다. NOx 농도 38.2ppm(42.6%) 증가는 노 온도 증가에 따른 Thermal NOx 증가이다.

도 17을 참조하면 화실 내 클링커의 변화가 사용전과 사용후로 나누어 도시 되어 있다. 이러한 변화는 클링커가 다공질화되어 쉽게 부서지게 되어 탈락이 용이 해지며 자연탈락해 낙하하기도 하며 클링커의 결합력이 약해져 강도 또한 약해지기 때문이다.

도 18를 참조하면 수관 스케일의 변화가 사용전과 사용후로 도시되어 있다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이 보일러 내부의 슬래그 등이 제거됨을 확인할 수 있다. 이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 .실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나， 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이 지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용 된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다 양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발 명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해 져야 할 것이다. -

Claims

【청구의 범위】

【청구항 1】

NaOH 및 K0H로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용해제 18~30 증 량%와， 산소공급제인 0₂ 8~18 중량 %와, borax(Na₂B₄0그 10¾0)， boracalci te(CaB₄0₇- 4H₂0) , col emani te(Ca₃B60io-5H₂0) 및 Na₃B0₃ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이 상의 클링커 억제제 12~22 중량 %와， Na₂OSiO^ SiO, Si0₂ 및 NaSi0₄ 로 이루어진 군 으로부터 선택되는 1종 이상의 안정제 9~19 중량 %와， 물 22~40 중량 %가 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진제.

【청구항 2】

제 1항에 있어서，

상기 용해제가 61~71 중량 %의 NaOH 와 29~39 증량 ¾의 K0H로 구성되고, 상기 클링커 억제제가 59~69 중량 >의 Ν Β₄0₇·10Η₂0 와 31 41 중량 %의 ¾₃80₃로 구성되며， 상기 안정제가 57~67 중량 %의 Na₂OSi0₂ 와 33~43 중량 )의 SiO로 구성되는 것을 특징 으로 하는 연소 촉진제.

【청구항 3]

제 2항에 있어서，

제 1 촉진제로 NaC0₃ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 2~8 중량 % 함유 되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제. -

【청구항 4]

제 1항에 있어서,

상기 용해제가 61~71 중량 %의 NaOH 와 29~39 중량 %의 K0H로 구성되고， 상기 클링커 억제제가 59~69 중량 %의 Ν Β₄0₇·10Η₂0 와 31~41 중량 %의 Na₃B0₃로 구성되며， 상기 안정제가 57~67 중량 %의 Na₂OSi0₂ 와 33~43 중량 %의 NaSi0₄로 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.

【청구항 5】

제 4항에 있어서，

79-89 중량 %의 NaC0₃ 와 11~21 중량 %의 LiC0₃ 로 이루어진 제 1 촉진제가 상 기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 3.5~9.5 중량 % 함유되는 것을 특징으로 하는 연 소 촉진제.

【청구항 6】

제 4항 또는 제 5항에 있어서，

안정 강화제로 Sn0₂ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 5^~11 중량 % 함유 되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.

【청구항 7】

제 1항에 있어서,

상기 용해제가 61~71 중량 %의 NaOH 와 29~39 중량 %의 K0H로 구성되고, 상기 클링커 억제제가 39-49 중량>의 Na₂B₄0₇40H₂0 와 51-61 중량 %의 CaB₄0₇ H₂0 로 구성 되며， 상기 안정제가 49~59 중량 %의 Na20.Si¾ 와 41~51 중량 %의 NaSi0₄로 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.

【청구항 8】

제 7항에 있어서,

79-89 중량 %의 NaC0₃ 와 11~21 중량 %의 BaC¾ 로 이루어진 제 1 촉진제가 상 기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 3.5~9.5 중량 ¾> 함유되는 것을 특징으로 하는 연 소 촉진제.

【청구항 9】

제 7항 또는 제 8항에 있어서，

안정 강화제로 Sn0₂ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 5~11 중량 % 함유 되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.

【청구항 10]

제 1항에 있어서，

상기 용해제는 NaOH 이며， 상기 클링커 억제제가 39~49 중량 %의 Ν Β₄0₇·10¾0 와 51-61 중량 %의 CaB₄0그 4 0 로 구성되며， 상기 안정제가 49~59 중량 %의 Na₂0-Si0₂ 와 41~51 중량 %의 Si0₂로 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진쎄 .

【청구항 11】

제 10항에 있어서,

79-89 중량 %의 NaC0₃ 와 11~21 중량 %의 BaC0₃ 로 이루어잔 제 1 촉진제가 상 기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 3.5-9.5 중량 % 함유되고， 안정 강화제로 Sn0₂ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 5~11 증량 % 함유되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.

【청구항 12】

제 10항 또는 제 11항에 있어서,

제 2 촉진제로 KN0₃ 가 상기 연소 촉진제의 전체 중량 대비 0.1~3 중량 % 함 유되는 것을 특징으로 하는 연소 촉진제.